На основе частотной диаграммы АК колесо можно испытывать в стационарных условиях с помощью ДФМ без тензометрирования, что важно, учитывая сложность использования последнего. Дискретно-фазовым методом находят число дисковых волн т при возбуждении АК, по нему на частотной диаграмме определяют частоту возбуждения, которая при условии т=к показывает на диаграмме частоту возбудителя. Наличие на диаграмме кривой 2 означает принципиальную возможность косвенно исследовать вибрационное состояние колеса с помощью газодинамических индикаторов вращающегося низкочастотного возбудителя. Регистрируя таким индикатором (например, мембранным датчиком давления) частоту вращения возбудителя, получаем возбуждающую частоту, по которой на диаграмме находим ту частоту возбуждения АК, которой соответствует равенство.
О том, что возбуждение АК с частотой, не кратной ЧВР, обеспечивается газодинамическим состоянием проточной части, говорит зависимость уровня динамических напряжений от объемного расхода РП и давления в конденсаторе. Примеры таких зависимостей представлены на рис. 5. По кривой 1 видно, что максимальный резонансный импульс от возбудителя колесо получает при малых объемных расходах РП, составляющих 5 ... 9 % от номинального. Отсюда возникает вопрос об источнике возбуждения: является ли им поток РП или это действие вентиляционных токов в отрывных зонах.
Спад напряжений в РЛ при уменьшении объемного расхода РП от 4 ... 7 % номинального до нуля говорит в пользу первого. Как известно, отрывные зоны в ступенях имеют локальный характер и их действие на колесо не должно заметно сказываться на состоянии предыдущей ступени. Тогда следует ожидать усиления возбуждения АК отдельно по каждой ступени проточной части (по мере изменения расхода РП). Совместные испытания последней и предпоследней ступеней турбины Т-250/300-240 опровергли это предположение. Максимум динамических напряжений РЛ последней ступени при относительном объемном расходе РП в выхлоп 8 % совпадает с максимумом напряжений РЛ предпоследней ступени, хотя при этом относительный объемный средней на газодинамику проточной части. Этот факт также указывает на возбуждающее действие потока РП. Тем не менее объект исследования настолько сложен, что только прямыми газодинамическими исследованиями можно ответить на поставленный вопрос. Тем. более, что задача изучения низкочастотного возбудителя технически проще задачи поиска и акализа высокочастотного возбудителя.
На рис. 5 кривой 2 представлена зависимость динамических напряжений РЛ последней ступени турбины от объемного расхода РП, когда в колесе возбуждаются АК с частотой, кратной ЧВР, ближайшей к РЧВР (кривые 1 и 2 относятся к разным колесам).С ростом объемного расхода РП от нуля до 20 % характер кривой 2 мало отличается от кривой 1, хотя ДФМ указывает на частоту возбудителя, равную ЧВР. При дальнейшем росте расхода динамические напряжения РЛ возрастают в 2 раза по сравнению с минимальным уровнем.
Исследования подтвердили зависимость динамических напряжений от давления в конденсаторе. Ей соответствует зависимость этих напряжений от плотности пара в конденсаторе.
Зная величину динамических напряжений РЛ колеса при некотором объемном расходе РП и его плотности, по графикам рис. 5 можно оценить величину этих напряжений в любом режиме. Пример: допустим, графики рис. 5 построены для конкретной ступени; машина работает по теплофикационному графику нагрузки расход РП в выхлоп составляет 10 % от номинального при плотности паровоздушной среды в конденсаторе 0,6 от максимально допустимой величины; замеренный уровень динамических напряжений а = 12 МПа. Тогда согласно рис. 5 максимально возможный уровень динамических напряжений будет равен.
По формуле (2) можно вычислять динамические напряжения РЛ в любых рабочих режимах.
Обычным для возбуждения АК РЛ с частотой, не кратной ЧВР, является биение амплитуды колебаний. Причем, чем выше кратность возбуждения, тем интенсивнее биения. На рис. 6 показаны осциллограммы колебаний РЛ последней ступени при давлениях в конденсаторе 20 кПа (рис. 6, а) и 50 кПа (рис. 6, б), когда объемный расход РП в выхлоп равен 6 % от номинального. Биения могут быть обусловлены двумя основными причинами. Первая связана с возбуждением АК нескольких смежных кратностей, из которых основную регистрируют ДФМ. Здесь возбуждение обеспечивается одним источником, даже если его частота изменяется на 3 ... 4 Гц. Дискретно-фазовые диаграммы амплитуд в таких случаях менее отчетливы, чем при регистрации АК низких кратностей возбуждения. Другой причиной может являться наличие колебаний частоты и импульса возбудителя. Выводы
1. При появлении АК в колесах ДФМ можно фиксировать совместное максимальное воздействие на каждую РЛ статических и бегущих волн. Рабочие лопатки с минимальной амплитудой колебаний подвергаются действию только бегущих волн. Рабочие лопатки с максимальной амплитудой колебаний — Одновременному максимальному воздействию статических и бегущих волн.
2. Дискретно-фазовым методом регистрируют число дисковых волн. На диаграмме амплитуд каждой такой волне отвечают два амплитудных максимума.
3. Причиной возбуждения АК колес с частотой, не кратной ЧВР, в том числе и в рабочих режимах, является низкочастотный возбудитель. Он вращается за диском с абсолютной частотой, составляющей около 0,4 ЧВР.
4. Наиболее вероятным источником возбуждения является вращающийся поток РП.
5. Регистрация частоты АК, не кратной ЧВР, позволяет точнее рассчитывать коэффициент ужесточения РЛ под действием центробежных сил и более качественно строить частотную диаграмму.
6. Качественно построеная частотная диаграмма АК колеса позволяет определять его вибрационное состояние в эксплуатационных условиях с помощью только ДФМ.
7. На частотной диаграмме АК диска (помимо известных построений) целесообразно отмечать точки возможного резонансного возбуждения с частотой, не кратной РЧВР, и соединять их, например, пунктирной линией для упрощения нахождения этих точек на диаграмме.
8. Вместе с ростом динамических напряжений РЛ последней ступени растут динамические напряжения РЛ предпоследней ступени. При утилизации тепла встроенным пучком предпоследняя ступень может оказаться в более тяжелых условиях, чем последняя.
9. Знание максимально возможного уровня динамических напряжений РЛ от действия АК позволяет с помощью универсальных графиков рис. 5 оценить состояние РЛ в любом рабочем режиме ступени.
10. Ни ДФМ, ни тензометрированием не было установлено существенной зависимости уровня динамических напряжений от степени открытия регулирующей диафрагмы головной ступени низкого давления. Быстрое открытие и закрытие этой диафрагмы также не вызывает изменений в возбуждении колес. Наблюдаемые иногда при этом повышения динамических напряжений РЛ обусловлены либо сопутствующим изменением давления в конденсаторе, либо изменением расхода РП в выхлоп, а чаще всего одновременно и тем и другим.
